DD206618A1 - Kuehlung von induktionsspulen nach dem prinzip des thermosiphons - Google Patents

Abstract

KUEHLUNG VON INDUKTIONSSPULEN NACH DEM PRINZIP DES THERMOSIPHONS-INDUKTIONSHEIZUNG-INDUKTIVE METALLERWAERMUNG-INDUKTIONSSPULE MIT VERDAMPFUNGSKUEHLUNG ALS INTEGRIERTES BAUTEIL IN EINEM GESCHLOSSENEN KUEHLSYSTEM ZUR VERLUSTWAERMEABFUEHRUNG.- ZUR HERSTELLUNG VON KUEHLBAREN INDUKTIONSSPULEN WIRD DAS HOHLPROFIL-SPULENMATERIAL DURCH MASSIVES SPULENMATERIAL ERSETZT UND DIE VERLUSTWAERMEABFUEHRUNG ERFOLGT DURCH EINE VERDAMPFUNGSKUEHLUNG AN DER OBERFLAECHE DES SPULENMATERIALS. DIE INDUKTIONSSPULE IST IN EIN WAERMETRAEGERMEDIUM EINGEBETTET UND BILDET DEN VERDAMPFER, WAEHREND DER KONDENSATOR GETRENNT AUFGESTELLT WERDEN KANN ODER ALS INTEGRIERTES BAUTEIL DIE VERLUSTWAERME AN EINEN SEKUNDAEREN HEIZ- ODER KUEHLKREISLAUF ABGIBT. SO GEKUEHLTE INDUKTIONSSPULEN LASSEN SICH KONSTRUKTIV UND THERMISCH BESSER OPTIMIEREN UND LASSEN SICH KONSTRUKTIV UND THERMISCH BESSER OPTIMIEREN UND LASSEN EINE STEIGERUNG DER AXIALEN LEISTUNGSDICHTE ZU.

Description

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Kühlung von Induktionsspulen nach dem Prinzip aes Thermosiphons

Die Erfindung betrifft eine Kühlung von Induktionsspulen nach dem Prinzip des Thermosiphons, insbesondere zur Verlust wärme a Df uhr ung aus Induktionsspulen zur Metallerwärmung ·

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

begannt ist die Kühlung von Induktionsspulen durch die Anwendung von Hohlprofil-Spulenmaterial, die an einem Kühlkreislauf angeschlossen sind, durch die Kühlwasser oder andere Wärmeträgermedien zur Verlustwärmeabführung geführt werden. Andere Prinzipien sind bisher nicht bekannt geworden. Induktionsspulen und ihre Vorrichtungen zur Kühlung werden in den Patent- und Offenlegungsschriften DE 974917, DE 970463, DE 611754, DE 609460, CH 129717,. GB 946005 und DE 2921475 beschrieben..

Dieses Prinzip der Verlustwärmeabftrung aus Induktionsspulen wird begrenzt durch die Art der Wärmeübertragung von der Innenfläche des Hohlprofils auf das Kühlmedium. Vorwiegend wird als Kühlmedium Wasser genutzt, dessen Anforderungen hinsichtlich ihrer mineralischen Bestandteile nicht eingehalten werden, die sich im Hohlprofil des Spulenmaterials absetzen und die Wärmeübertragung verschlechtern. Eine Ein-

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satzzeitverkürzung ist die Folge.

Da bei dieser Art der Kühlung aufgrund des thermischen Arbeitspunktes und der begrenzten Druckverhältnisse im Hohlproril des Spulenmaterials nur die sensible Wärme des Kühlmediums genutzt werden kann, so wird dadurch die Wärme— leistungsübertragung begrenzt. Die Induktionsspule muß in mehrere Abschnitte - aufgrund der begrenzten Möglichkeiten der VerlustwärmeaDfuhrung - aufgeteilt werden. Damit ist die Optimierung von Induktionsspulen hinsichtlich ihres Einsatzes konstruktiv aus thermischen Gründen stark begrenzt.

Thermosiphons sind an sich zur Siede- oder Verdampfungskühlung bekannt. Hierunter ist ein hermetisch dicht verschlossener Hohlraum zu verstehen, der mit einem erwärmbaren flüssigen oder verdampfbaren und kondensierbaren wärmetragermedium völlig oder nur teilweise gefüllt ist.. Die Auswahl· des Wärmeträgermediums richtet sich nach der thermischen Arbeitskennlinie bei der Wärme übertragen werden soll» Die Wärmezuführung erfolgt von außen über einen Wärmeaustauscher, der mit dem Wärmeträgermedium gefüllt ist und dieses erwärmt oiler verdampft.. Während die Wärmeabführung aus dem erwärmten oder verdampften Wärmeträgermedium durch einen sogenannten Kühler oder Kondensator mittels eines separaten Kühlkreislaufes erfolgt. Der Rücktransport des so gekühlten Wärmeträgermediums erfolgt durch die Gravitationskraft.. Dabei ist die Leistung des Wärmetransportes von der Wärmezuführung zur Wärmeabführung aus dem Wärmetragermedium bei der sogenannten Verdampfungskühlung um einige Zehner-Potenzen größer als bei der Siedekühlung. Jedoch lassen sich solche bekannten Baueinheiten nicht zur Kühlung von Induktionsspulen einsetzen, da die Wärmeübertragung von der verlustwärmeerzeugenden Induktionsspule auf das Wärmeträgermedium einen Kontaktwärmeübergang erfordert.

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Dieser ist mit bekannten Vorrichtungen oder konstruktiven Lösungen des Thermosiphons aufgruna der erforderlichen elektrischen Isolierung zwischen Spu±enwindungen und Thermosiphon nicht realisierbar. Ebenso würde der magnetischen Floß eine zusätzliche Verlustwärme im Thermosiphon erzeugen, die nicht erfolgen darf.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, eine Anordnung anzugeben, die zur Kühlung von Induktionsspulen nach dem Prinzip des Thermosiphons als montierbare Einheit mit integrierter Induktionsspule und Wärmeaustauscher arbeitet.

Darlegung des 7/esens der Erfindung

Die Kühlung von Induktionsspulen nach dem Prinzip des Thermosiphons hat zum Ziel, daß zur Herstellung von kühlbaren Induktionsspulen das Hohlprofil-Spulenmaterial durch massives Spulenmaterial ersetzt wird. Damit werden die konstruktiv und thermisch begrenzten bekannten Lösungen zur Optimierung von Induktionsspulen und der technische Aufwand zur Verlustwärmeabführung aus Induktionsspulen verbessert. Ebenso ist eine Aufteilung der Induktionsspule in mehrere kühlbare Abschnitte nicht mehr erforderlich*und an den sekundären Kühlkreislauf werden hinsichtlich der Qualität des Wärmeträgermediums keine erhöhten Forderungen gestellt.

Erfindungsgemäß wird die verlustwärmeerzeugende Induktionsspule aus einem massiven elektrisch leitenden Spulenmaterial so ausgebildet, da« sie den technologischen Anforderungen zur Metallerwärmung gerecht wird und ein Teil einer montier-

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baren Einheit eines Thermosiphons ist. Zu diesem Zweck ist die Induktionsspule in einem hermetisch dichten elektrisch isolierenden Gehäuse integriert, welches direkt oder über Verbindungsleitungen mit einem Kondensator oder Wärmeaustauscher verbunden ist. Durch die Anordnung von hermetisch verschließbaren Öffnungen wird nach der Montage der Einzelteile das Würmeübertragungssystem als Siede— oder Verdampfungssiphon mit einem isolierenden Wärmeträgermedium völlig oder teilweise gefüllt, entlüftet und mit einer druckgeregelten Einheit versehen* Ebenso sind die elektrischen Anschlußleitungen und die Verlustwärme abführenden Kühlleitungen hermetisch dichtschließend aus dem Thermosiphon herausgeführt.

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Ausführungsbeispiel

Fig.: 1 Längsschnitt durch das Kühlsystem nach

An—spruch 1 Fig.: 2 Längsschnitt durch das Kühlsystem nach An-spruch 2

Ausgangspunkt für die in Fig.: 1 und 2 dargestellten Kühlsysteme ist eine Induktionsspule 1, die in Fig.: 1 mit einem nach außen verschlossenen Verdampfgehäuse 2 aus elektrisch isolierendem Material umschlossen ist. Durch das ein Hohlraum 4 zum Durchführen des zu erwärmenden Gutes auf der Grundlage der induktiven Erwärmung führt. Über die elektrischen Anschlußleitungen 3 v/ird die Induktionsspule 1 mit Elektroenergie versorgt. Dabei erwärmt sich das Gut, welches sinh im Hohlraum 4 befindet in Abhängigkeit des magnetischen Flusses, der von der Induktionsspule 1 erzeugt wird. In dieser selbst wird eine Verlustwärme erzeugt, die zum Erwärmungsprozeß des Gutes nicht beiträgt, aber durch Erwärmung der Spule die elektrische Leitfähigkeit des Spulenmaterials verschlechtert. Zur Aufrechterhaltung der elektrischen Leistungsparameter der Induktionsspule 1 wird diese in ein elektrisch isolierendes Wärmeträgermedium 5 eingetaucht, weiches die Verlustwarme direkt aus dem Spulenmaterial aufnimmt. Hierzu dient die Ooerfläche des Spulenmaterials an der eine Verdampfung des Wärmeträgermediums 5 entsteht. Die Daupfmenge entweicht aus dem Wärmeträgerrnedium 5 durch die wahlweise angeordneten Verbindun -sleitungen b zum Kondensator 7, der als geschlossener Wärmeaustauscher 8 mit einem Kühlkreislauf über die Anschlußleitungen y und lO verbunden ist. Die so entstehende Dampfmenge gibt durch Kondensation aus Kondensator 7 die freiwerdende Verlustwärme aus der Induktionsspule 1 an das.Zühlmjadium des Kühlkreislauf es, welches den Wärmeaustauscher ö durchsxrümt, ab und erwärmt dieses. Die Verschraubung 11 dient zum Einfüllen des -Värmeträgermediums 5 und die Verschraubung 12 zur Entlüftung des Systems sowie zum Anschluß einer Druckregeleinheit zur Einstellung des Arbeitr;-punktes des Wärmeträgermediums 5.

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Die Verbindungsleitung 13 dient zu getrennten Kondensatrückführungen aus dem Kondensator 7 in das Verdampfergehäuse 2. Am Verdampfergehäuse 2 ist zur Kontrolle des Standes des Wärmeträgermediums eine Flüssigkeitsstandanzeige 14 montiert.

Zur Verhinderung der Eigenerwärmung des Verdampf-ergehäuses 2 durch den magnetischen Fluß der Induktionsspule 1 ist dieses aus elektrisch isolierendem Material hergestellt. Die Längen der Verbindungsleitungen zum Wärmeaustauscher 8 sind so gewählt, daß eine induktive Erwärmung des Wärmeaustauschers 8 durch den magnetischen Fluß weitgehend ausgeschlossen wird. Zur Verhinderung der Wärmeabgabe des Kühlsystems an die Umgebung erhält dieses eine Wärmeisolierung 15.

Ausgangspunkt für das in Fig.: 2 dargestellte Kühlsystem ist ebenfalls wie in Fig.: 1 eine Induktionsspule 1, die in einem Wärmeträgermedium 5 eintaucht und dieses durch die Verlustwärmeabgabe verdampft. Der Dampf entweicht dem Wärmeträgermedium 5 und breitet sich schnell über dem Flüssigkeitsspiegel aus und kondensiert am Kondensator 16, der sich unmittelbar über dem Flüssigkeitsspiegel befindet. Die so freigesetzte Wärmemenge wird durch einen Kühlkreislauf aus dem Kondensator 16 abgeführt. Die kondensierte Menge des 'Värmeträgermediums tropft vom Kondensator 16 direkt zurück zum Verdampfer. Alle weiteren Einzelheiten wurden in der Beschreibung Fig.: 1 erläutert.

Bei iesem Kühlsystem nach Fig.: 2 sind zur Vermeidung der induktiven Erwärmung die Bauteile elektrisch isolierend ausgeführt.

Claims (3)

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   Erfindungsanspruch

   1. Kühlung von Induktionsspulen nach dem Prinzip des Thermosiphons gekennzeichnet dadurch, daß die verlustwärmeabgebende Induktionsspule (1) innerhalb eines Thermosiphons sich befindet und als Wärmequelle des Wärmeträgermedium (5) direkt erwärmt oder verdampft und als montierbare Einheit ein Kühlsystem bildet·
2. 2. Kühlung von Induktionsspulen nach dem Prinzip des Thermosiphons nach Punkt 1 gekennzeichnet dadurch daß der Verdampfer (2) mit einem Hohlraum (4) zur Guterwärmung ausgebildet ist.
3. 3. Kühlung von Induktionsspulen nach dem Prinzip des Thermosiphons nach Punkt 1 gekennzeichnet dadurch daß ein Wärmeaustauscher (8) als Kondensator (7) durch Verbindungsleitungen mit einem Verdampfer (2) aus getrennten Bauteilen als montierbare Einheit ein Kühlsystem bildet.

   Hierzu 2 Zeichnungen